利用卫星重力数据计算地幔对流应力场

摘 要：针对我国东南边缘及其邻近区域地幔对流应力场分布形态与地表构造活动特征的相关性问题，提出利用Ｒｕｎｃｏｒｎ模型及高阶卫星重力球谐系数计算欧亚板块与菲律宾板块复合接触带及其邻近区域的地幔对流应力场。结果显示，地幔对流应力矢量特征与地震应力场分布具有较好的一致性。在两大板块的接触部位均出现了显著的应力增强与汇聚趋势，同时在琉球海沟的弧后扩张带上出现的较强的地幔对流应力发散带。而在各板块相对稳定的内部区域存在微弱的地幔发散流。通过计算和分析得出，该区域下地壳小尺度的地幔对流可能是控制这一区域型构造过程的重要因素之一。

地壳岩石圈的现今应力场状态及其分布特征是地球动力学的主要研究目标之一， 对于探讨大地震孕震机制以及大尺度地壳运动、构造变形均意义重大。影响岩石圈应力场分布的因素十分复杂，包括板块之间的相互作用， 地壳与岩石圈厚度、密度及地面高度的变化， 地面载荷的变化，地震等因素。但是对于大范围、大尺度的岩石圈应力场特征而言，地幔对流和洋脊推力的作用十分明显，被认为是岩石圈内部应力场形成的重要机制。近年来， 随着卫星重力技术的迅速发展，相应的球谐位系数的阶数获得了极大的提升， 促使基于高阶重力场模型计算较大尺度地幔对流应力场分布及其周期性变化成为可能。

台湾岛位于欧亚板块与菲律宾板块的一个复合接触带内。台湾北部，菲律宾板块沿琉球海沟向北俯冲到欧亚板块之下。台湾南部欧亚板块又沿着马尼拉海沟对菲律宾板块俯冲。而在台湾岛一带，则以两大板块的走滑碰撞作用为主要特征。大约在４００ Ｍａ以前，菲律宾板块与欧亚板块的碰撞始于台湾岛的北端， 而后逐步向南扩展。由于菲律宾板块内部不存在活动的大洋中脊， 本文主要研究，利用ＧＲＡＣＥ 卫星重力数据，研究我国大陆东南缘及其邻近区域地幔对流应力场分布特征。

尽管地幔的黏度在１０２０～１０２２Ｐａ·ｓ之间，但是在以百万年为尺度的地质年代中， 地幔还是表现出了流体的性质， 并且具备产生热对流的物理条件：地幔中温度梯度略高于地幔物质的绝热自压温度梯度，以及各种物理化学因素的不均异性将会引起处于软流状态的地幔介质产生相对运动。这种相对运动作用于岩石圈， 将使处于刚性状态的岩石圈底层产生应力场。

本文基于Ｒｕｎｃｏｒｎ地幔对流应力模型，计算了欧亚大陆与菲律宾板块复合接触带及其邻近区域的地幔对流应力场。结果显示， 在欧亚板块与菲律宾板块之间的边界部位发生的各构造变形过程及地震应力分布与区域地幔对流应力场趋势具有较高的相似度。地幔对流应力场的分布与区域内构造的活动性具有很强的相关性。研究区域内几处地幔对流矢量特征区域分别位于吕宋岛两侧、巴士海峡、台湾省东部纵谷以及琉球海沟处。这几处恰巧为菲律宾海板块与欧亚板块接触带的关键构造部位， 也是构造活动最为强烈的地区。

具体分析如下：

１）在马尼拉海沟和菲律宾海槽处存在对吕宋地区的双向俯冲作用。结合地震震源机制解获得的应力场，推断了南海板块的俯冲作用甚至强于菲律宾板块在相近纬度上的西向俯冲作用。

２）结合地震应力场发现巴士海峡内部存在地幔上升的趋势，这与中国大陆东南缘巴士断裂系的形成、发展的地球动力学背景特征相一致。

３）台湾纵谷地区显示出的逆冲兼走滑的地震应力机制与该区域强烈的地幔下降流活动趋势保持一致。在台湾纵谷的东侧的地幔下降流可能是该区域弧陆碰撞作用的证据之一。

４）从地幔对流应力分布和地震震源机制解均表明，在冲绳海槽这一弧后扩张系统上， 应力分布表现为较强的发散作用。这与地球重力场分布以及地热高异常值分布具有很好的一致性。

引用格式：武继峰，杨志强，胡洋，等．利用卫星重力数据计算地幔对流应力场［Ｊ］．测绘科学，２０１６，４１ （５）：２９-３２．

作者简介： 武继峰（１９８９—）， 男， 博士研究生，从事大地测量地球动力学研究工作。

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